哈工大冷劲松教授团队的一项柔性机器人的研究《Multifunctional Soft Stackable Robots by Netting-Rolling- Splicing Pneumatic Artificial Muscles》在线发表在机器人领域的著名期刊Soft Robotics，在这项工作中作者基于模块化的气动人工肌肉的柔顺特性利用一种简单的网状卷曲拼接的堆叠方法将2D拓扑结构升维至3D结构，并基于此实现了多种功能并达到了最佳的综合性能。

在未知和不可预测的环境中，越来越需要具有多种功能的软体机器人来实现安全、自适应和自主功能。机器人堆垛是一种很有前途的解决方案，它可以增加软体机器人的功能多样性，以实现安全的人机交互和适应非结构化环境。然而，现有的大多数多功能软机器人功能有限，或者没有充分显示出机器人堆垛方法的优越性。在此，我们提出了一种新颖的机器人堆叠策略——网状卷曲拼接(Netting-Rolling-Splicing, NRS)，一种基于网状堆叠式气动人工肌肉的2d 结构经过卷曲-拼接提升3D维度的方法，从而基于相同的、简单的、低成本的模块快速高效地制造多功能软体机器人。

哈工大柔性机器人登《Soft Robotics》，基于人工肌肉的可堆叠‘多面手’！(图1) data-backh="348" data-backw="554" data-ratio="0.628158844765343" data-type="png" data-w="554">

图1：具有五种仿生模式的模块化'多面手'软机器人

▍网状卷曲拼接机器人

在这里，“网状” (Netting) 被定义为在两个垂直方向，以模块化驱动器的矩形单元为基础连接形成二维驱动器网格结构。“卷曲” (Rolling) 被定义为基于气动肌肉的柔顺性在一个方向上弯曲2D驱动器网格结构。“拼接” (Splicing) 被定义为将卷曲的二维驱动器网格的两端边缘拼接/连接，以构建一个三维驱动器结构，如图2所示。通过输入匹配的驱动器，选择不同的矩形单元，调整单元阵列排列，可以在“Netting”步骤中对NRS机器人的构型和功能进行编程。通过控制3D驱动结构的变形和刚度，机器人可以执行不同的任务。这些驱动器可以分为“截面” (Sectional) 驱动器和“轴向” (axial) 驱动器，它们在机器人的驱动中具有不同的作用。例如，截面驱动器不仅可以改变截面尺度，还可以改变截面形状; 轴向驱动器不仅可以改变轴向长度，还可以改变沿长度的曲率 (图3)。

哈工大柔性机器人登《Soft Robotics》，基于人工肌肉的可堆叠‘多面手’！(图2) data-backh="433" data-backw="554" data-ratio="0.7815884476534296" data-type="png" data-w="554">

图2：网状卷曲拼接(Netting-Rolling-Splicing, NRS)

哈工大柔性机器人登《Soft Robotics》，基于人工肌肉的可堆叠‘多面手’！(图3) data-backh="525" data-backw="554" data-ratio="0.9476534296028881" data-type="png" data-w="554">

图3：纵向与横向驱动器测试

▍爬行机器人

爬行是移动机器人的基本运动功能之一。受蠕虫的启发，TriUnit也可以用于简单的单向爬行。由于WPAMs可以实现更大的膨胀行程，具有三根轴向WPAMs的TriUnit爬行器 (配备单向车轮) 比具有三根轴向CPAMs的TriUnit爬行得更快。CPAM和WPAM履带式机器人的控制策略灵感来自于毛毛虫的身体爬行和脚定位，如图所示，其中单节TriUnit仅使用轴向驱动器进行爬行。而以蚯蚓为灵感的波动爬行运动也可以通过堆叠多个TriUnits来实现，不需要单向轮等单向结构，如图4。

哈工大柔性机器人登《Soft Robotics》，基于人工肌肉的可堆叠‘多面手’！(图4) data-backh="294" data-backw="554" data-ratio="0.5306859205776173" data-type="png" data-w="554">

图4 爬行机器人

TriUnit爬行机器人，每秒能爬0.46±0.022个体长，拥有两种爬行模式单向振荡爬行和行波蠕动爬行。

哈工大柔性机器人登《Soft Robotics》，基于人工肌肉的可堆叠‘多面手’！(图5) data-backh="300" data-backw="534" data-galleryid="" data-ratio="0.5617977528089888" data-type="gif" data-w="534">

TriUnit震荡与行波爬行机器人

▍攀爬机器人

攀爬是移动机器人的另一种不同寻常的运动能力，它们可以在各种3D表面上移动来执行给定的任务。TriUnit还可以用于管外和管内爬升 (其步态如图所示)。不过具有三根轴向CPAM的TriUnit 比具有三根轴向WPAM的TriUnit 爬升得慢得多。基于CPAM和WPAM的攀爬机器人的运动基于释放、收缩/伸展和拥抱的动作，其灵感来自猴子的手臂或腿部夹紧和释放动作，分别如图5所示。图5c所示驱动序列同样适用于WPAM攀爬机器人的向下攀爬，图5d所示驱动序列同样适用于CPAM攀爬机器人的向下攀爬。

此外，通过改变控制策略，可以实现更多的运动方式。如图5g所示，具有轴向WPAMs的TriUnit在攀爬管柱时，还能以1.6°/s的速度实现顺时针和逆时针旋转。它的旋转运动依赖于所有9个驱动器的独立控制和它们的不对称运动，这是受到猴子在横向树状运动时肢体和脊柱的协作运动启发 (图5h)。

哈工大柔性机器人登《Soft Robotics》，基于人工肌肉的可堆叠‘多面手’！(图6) data-backh="422" data-backw="554" data-ratio="0.7617328519855595" data-type="png" data-w="554">

图5：攀爬机器人

全向攀爬机器人